化工原理液体流动.ppt

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1、化工原理朱德春合肥学院化学与材料工程系PrinciplesofChemicalEngineering第一章流体流动(FluidFlow)主要内容：流体的基本概念静力学方程及其应用机械能衡算式及柏努利方程流体流动现象流动阻力计算管路计算流量测量本章学习目的通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流体流动过程的有关问题，诸如：（1）流体输送:流速的选择、管径的计算、流体输送机械选型。（2）流动参数的测量：如压强、流速的测量等。（3）建立最佳条件：选择适宜的流体流动参数，以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。此外，非均相体系的分离、搅

2、拌（或混合）都是流体力学原理的应用。流体流动规律是化工原理的重要基础，主要原因：化工中的介质大部分为流体（便于连续生产-过程工业）;流动对传热、传质及化学反应的影响;煤气洗涤装置示意图流体动力学问题：流体（水和煤气）在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中流动等；流体静力学问题：压差计中流体、水封箱中的水确定流体输送管路的直径，计算流动过程产生的阻力和输送流体所需的动力。根据阻力与流量等参数选择输送设备的类型和型号，以及测定流体的流量和压强等。1.1流体的重要性质1.1.1连续介质假定气体和液体统称流体。流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。在物理化学（气体分子运动论）重要

3、考察单个分子的微观运动，分子的运动是随机的、不规则的混乱运动。这种考察方法认为流体是不连续的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将非常复杂。微团---连续介质---连续分布函数描述物理性质及运动参数物理量在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流体视为由无数质点组成的连续介质。1.1.2流体的密度与比容单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。以ρ表示，单位为kg/m3。ρ=lim(Δm/ΔV)式中ρ---流体的密度，kg/m3;m---流体的质量，kg;V---流体的体积，m3;当ΔV→0时，Δm/ΔV的极限值称为流体内部的某点密度。液体的密度:液体的密度

4、几乎不随压强而变化，随温度略有改变，化工计算中一般可视为常数。纯液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方法获取。   混合液体的密度，在忽略混合体积变化条件下，可用下式估算（以1kg混合液为基准），即式中ρi---液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；αi---液体混合物中各纯组分的质量分率。气体的密度气体密度随压强和温度而变化。气体的密度必须标明其状态。纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：式中p──气体的绝对压强,Pa(或采用其它单位)；M──气体的摩尔质量,kg/kmol；R──气体常数,其值为8.31

5、4；T──气体的绝对温度，K。对于混合气体，可用平均摩尔质量Mm代替M计算：式中yi---各组分的摩尔分率（体积分率或压强分率）或：ρm=ρ1y1+ρ2y2+…+ρnyn(下标"0"表示标准状态)或比容（v）：密度的倒数，m3/kg1.1.3流体的可压缩性与不可压缩性β=-v-1*dv/dpOr:β=ρ-1*dρ/dp外力作用下，流体体积发生变化，压力增-体积小：可压缩性1.1.4流体的粘性流体流动时，层间具有的相互作用力称剪切力，具有抵抗相对流动的性质成为粘性，是流体的物性之一。1.2流体静力学基本方程流体静力学主要研究流体流体在外力（重力和压力）作用下达到平衡时（静止状

6、态）的规律，是研究流体流动的基本规律。而重力一定，实为其内部压强的变化的规律。用数学表达式描述的这一规律，称为流体静力学基本方程式。本节主要内容1.压强的概念；2.在重力场中的静止流体内部压强的变化规律及其工程应用。重点:掌握流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用实例。1.2.1流体的受力任取一微元体积流体作为研究对象，进行受力分析，它受到的力有质量力（体积力）和表面力两类。（1）质量力（体积力）与流体的质量成正比，质量力对于均质流体也称为体积力。如流体在重力场中所受到的重力和在离心力场所受到的离心力，都是质量力。（2）表面力表面力与作用的表面积成正比。单位面积上的表面力称之

7、为应力。①垂直于表面的力P，称为压力（法向力）;单位面积上所受的压力称为压强p;②平行于表面的力F，称为剪力（切力）;单位面积上所受的剪力称为应力τ。1.2.2流体的压强及其特性定义：垂直作用于单位面积上的表面力称为流体的静压强,简称压强。流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强称之为压力。在SI中，压强的单位是帕斯卡，以Pa表示。但习惯上还采用其它单位，它们之间的换算关系为：压强的基准压强有不同的计量基准：绝对压强、表压强、真空度。1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.